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Chapitre 1

Les particules et les ondes

Table des matières

1 Les diverses particules et leurs détecteurs2

2 Les divers rayonnements2

3 Les ondes mécaniques2

4 Les ondes progressives3

5 Exercice3

PAUL MILAN1 PHYSIQUE-CHIMIE. TERMINALES

3 LES ONDES MÉCANIQUES

1 Les diverses particules et leurs détecteurs

les électrons, les neutrons, les quarks, les photons... et des particules plus com- plexes comme les atomes, les molécules, les ions... Ces particules proviennent pour notre planète du Soleil. On repère les particules à l"aide d"un détecteur : empilement géantd"une mul- titude de dispositifs sensibles, conçus pour que les particules les traversent et y produisent des impulsions électriques. Amplifiées, celles-cideviendront des signaux capables d"être déchiffrés, triés, sélectionnés, mesurés, comparés. La plupart des détecteurs sont plongés dans le champ magnétique d"unpuis- sant aimant permettant de repérer la charge de la particule. Le plus connu des ces détecteurs est le compteurgeigerqui permet de détecter les particules ra- dioactives (rayonα,β,γet rayons X). •La quasi totalité des particules possède une masse sauf le photon. •La détection de particules nous permet d"avoir des renseignementssur l"ori- gine de l"Univers, sur les proprétés des étoiles, et nous révèle l"existence de particules pour éventuellement nous protéger. Remarque :Pour plus de renseignement,se reporter au document : quand l"énergie devient matière

2 Les divers rayonnements

Il existe plusieurs types de rayonnements électromagnétiques : la lumière visible, les UV, les IR, les rayons X etγ, les ondes radio etc. La plupart des rayonnements qui parviennent du Soleil sont stoppé par l"atmosphère : les rayon X, les UVC... D"autres comme la lumière visible et la plupart des ondes radio sont peu absorbés par l"atmosphère. Ondes hertziennesMicro ondesIRVisibleUVXγ 10 km

1 m 1 mm 800nm400nm10 nm 0,001 nm

Spectre des longueurs d"ondes électromagnétiques

3 Les ondes mécaniques

Définition 1 :On appelleonde mécanique, la propagation d"une pertubation dans un milieu matériel Exemple :Les ondes sonores, la houle, la compression des spires d"un ressort, les ondes sismiques... On utilise des capteurs pour détecter les ondes : les ondes sonores sont captées par des échographes etc.

PAUL MILAN2 PHYSIQUE-CHIMIE. TERMINALES

4 Les ondes progressives

Définition 2 :On appelleonde progressive, la propagation d"une pertubation qui s"accompagne d"un transport d"énergie maispas de matière Remarque :Une onde progressive peut exiger la présence d"un milieu matériel, et dans ce cas il s"agit d"une onde mécanique (son) mais elle peutaussi se propa- ger dans le vide et dans ce cas il s"agit d"une onde électromagnétique (lumière). Définition 3 :La célérité d"une ondecest donnée par la relation :c=dΔt aveccen m.s-1,den m etΔten s Exemple :La vitesse du son est de 331,45 m.s-1dans l"air à 0°C. Elle augmente avec la température : 346,3 m.s -1à 25° et avec la densité du milieu : 1500 m.s-1 dans l"eau à 25°C Les ondes progressives sont caractérisées par trois propriétés :

1) Une onde se propage dans toutes les directions qui lui sont offertes. On dis-

tingue : •les ondes unidirectionnelles (ressort) •les ondes bidirectionnelles (la propagation de perturbation de l"eau calme d"un lac causée par un caillou) •les ondes tridirectionnelles (son et lumière)

2) Principe de superposition des ondes : lorsque deux ondes se croisent, elles se

superposent et chacune poursuit son cheminsans être modifiée.

3) Les ondes peuvent être transversales ou longitudinales.

•Une onde esttransversalelorsque la direction de sa perturbation et la di- rection de sa propagation sont perpendiculaires (onde se propageant le long d"une corde, onde électromagnétique). •Une onde estlongitudinalelorsque la direction de sa perturbation et la direction de sa propagation sont parallèles (ressort, ondes sonores). Remarque :Les ondes mécaniques transversales peuvent s"établir si le milieu tend à s"opposer au cisaillement ce que font mal les gaz et les liquides. Mis à part, les ondes à la surface des liquides, aucune onde transversalene s"établit au sein des liquides et des gaz contrairement aux solides. Les ondes mécaniques longitudinales sont des ondes de compression comme les ondes sonores.

5 Exercice

Une web-cam filme à 25 images par seconde une vague à la surface de l"eau. On appellerla distance entre l"origine de la perturbation et sa position sur une image donnée. On obtient le tableau suivant :

PAUL MILAN3 PHYSIQUE-CHIMIE. TERMINALES

5 EXERCICE

image12345678910 ren mm1223364761728596107121

Déterminer la célérité de cette onde.

On peut faire une représentation de la fonctionr(t)du tableau.125s=0,04 s

102030405060708090100110120130

0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 0.40

?A1? A2? A3? A4? A5? A6? A7? A8? A9? A10 G

ΔrΔt

O t(s)r(mm) Les points sont quasi alignés, ce qui prouve que la vitesse de l"ondeest constante. Pour trouver la droite qui passe au plus près des points, on peut, par exemple, dé- terminer le point moyen G (moyenne des coordonnées des 10 points). La célérité cest alors le coeffcient directeur de la droite (OG). G ⎩x G=1

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